原创 DisplayPort™ 2.0 解析

 2021-1-26 10:52  4567 25 2 分类: 消费电子

原创声明：GRL实验室/Jerry Sung

DisplayPort™ 2.0 (简称 DP 2.0)，在 2019 年6月VESA正式释出了DP 2.0的规范，其中导入了与以往DP 1.4不同的物理层使带宽提升3倍以外，更导入了 Panel Replay (简称 PR)让产品在高带宽的影音传输下能降低功率的消耗，并且搭载 Display Stream Compression (简称 DSC)让影音传输的能力更加提升。

对于 DP 2.0 产品而言，必须支持 DSC 影像压缩技术，而 DSC 必须在 Source 端和 Sink 端都支持的情况下，DSC 才能启用，如图(1)所示。由于 DSC 在 2019 下半年才制定了完整释出兼容测试规格Compliance Test Specification (CTS)，所以对于 DP 2.0 产品可以更完整导入 DSC 技术的使用。DSC 影像压缩技术，是可以透过较低的带宽来满足高分辨率的需求，透过压缩影像，来降低频需求宽，而不影响视觉的感受，在影像压缩的过程中也不会导致影像延迟。

另外，DP 2.0 还导入了另一项主要的功能，Panel Replay (PR)，此功能主要能够在高带宽 DP 影像传输时降低功率消耗，供货商能够决定是否要支持此功能，Panel Replay (PR)是根据早期的 Panel Self Refresh (PSR)技术的延伸，以往 PSR 只用于eDP的接口上，PR和PSR一样都是一种自我更新机制，可以透过DP Sink内部的Remote Frame Buffer (RFB)来存取影像，此时 Source 就可以停止讯号的传输，让 DP Sink 可以做自我更新，以达到Source端省电的功能，特别在 DP 2.0 支持高分辨率所需要的功率消耗是很重要的，此功能主要会用于移动式装置如笔记本电脑。由于功率的消耗及电量对于移动式装置格外重要，此时 PR 的功能对于此类型设备更加重要。

在 DP 2.0 中，影像实际的显示能力，可以透过下表来了解，在 DP 1.4 规格中透过影像压缩技术，最高可以支持到 8K (7680x4320)分辨率与 60Hz 的更新率，而 DP 2.0 透过影像压缩技术后，可以支持到16K(15360x8460)分辨率与 60Hz 的更新率，如表(1)所示。

表(1)

由于 DP 2.0 有足够的带宽可以使用，因此也兼容 USB-C 接口中 DP alt mode 输出模式，当 DP 使用 USB-C的接口时，可以透 Power Devilry (PD)的沟通，同时使用 2 Lanes DP 和 1 Lane USB 3.2 的传输，此时对于 AR/VR 的装置更有发展的空间。

DP 2.0 导入了新的物理层，使用 128b/132b 的编码方式来提升带宽的使用效率，但在 DP 1.4 的规格中是使用8b/10b 的编码方式，但 DP 2.0 延续了DP 1.4 版本的设计，能够兼容 DP 1.4 的产品，所以架构中就会同时包含 8b/10b 的编码为DP 1.4使用和128b/132b的编码为 DP 2.0 使用。另外DSC 技术的导入，其架构如图(2)所示:

图(2)

当 Source 端传送Video Stream时，会先透过DSC编码后，再由Aux channel判断当下所需的传输方式，之后会进行 High-Bandwidth Digital Content Protection (简称 HDCP)，将影音信息进行加密，最后再透过 128b/132 的编码传输影音讯号到 Sink 端。Sink 端也是用同样的方式，做反向的译码，影音数据可以正确输出在 Sink 上。由于传输速度可以达到每条信道 20Gbps，针对均衡器(Equalizer)做了修正，以弥补高带宽传输时的讯号失真，在 DP 2.0 Transmitter 均衡器是使用 De-emphasis Level 及 Pre-shoot，Receiver 端使用 Continuous Time Linear Equalization(简称 CTLE)及 Decision Feedback Equalization(DFE)改善讯号从 Source 到 Sink 的失真，以确保影音数据能完整传送至Sink 端，如图(3)所示。

图(3)

DP 2.0 规格中的传输速率称为 Ultra High Bit Rate(简称 UHBR)，分别有三种传输速率，10Gbps(UHBR10)、13.5Gbps (UHBR13.5)、20Gbps (UHBR20)，其中 10Gbps 是必须要支持的，而 13.5Gbps 和 20Gbps 是可选的，可由厂商决定是否要支持。而 VESA 也针对这三种速率定义的可使用的线缆类型，如表(2):

表(2)

由于 DP 2.0 的高带宽传输速率，目前 DP8K 及 USB-C Gen1 线缆只能支援 UHBR10，而 UHBR13.5 及 UHBR20 只能支持本身带线的产品，如 docking、dongle，如下图(4)所示，或是使用 0.8 公尺的 Thunderbolt 3 线缆。因为此限制，就会显得 DSC 技术更加重要，并且 VESA 也在积极制定标准 DP 的主动式线缆的测试规范，去扩展 DP 2.0 的使用范围，以达到市场及消费者的需求。

链结层在 DP 2.0 也扩展了 Aux 通道的使用，为了提升兼容性，在 DisplayPort Configuration Data(简称 DPCD) 增加属于 UHBRx 的缓存器地址，而 DPCD 只导入于 Sink 端，其地址用来做为 DP 2.0 的 Link Training，Link Training 主要用来设定及管理当下传输影音数据的条件，透过 Link Training 可以设定产品的传输方式及传输通道的数量，另外可以决定要使用的 EQ 参数，以确保讯号是用最佳的状况进行传输，避免影像失真。

DP 2.0 Link Training 的过程有四个主要部分:

1. Source 读取 Sink 的 DPCD 来确认支持的能力。

2. 启用 DP 2.0 128b/132b 的传输方式。

3. 沟通 EQ 参数设置，确认传输的质量。

4. 使用不同的 Training pattern 去验证 Link training 中的质量

DP 2.0 Link Training 的过程如下:

以Granite River Labs (GRL)认证测试实验室的观察发现，大部分厂商还是会以 DP 1.2 与 DP 1.4 的测试为主，因为业者认为高分辨率的需求并未普及，影音内容也是以 4K 为大宗。由于 4K 的分辨率只要透过 DP 1.2 的规格就能实现，而 DP 1.4 的规格已经包含了DisplayHDR 的功能，由 GRL 的测试经验观察，发现厂商使用 DP 1.4 规格的主因是 DisplayHDR，并不是追求高分辨率的需求，所以 DP 2.0 产品趋势值得继续观察。